RU2735881C1 - Gas transfer unit - Google Patents
Gas transfer unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735881C1 RU2735881C1 RU2020116638A RU2020116638A RU2735881C1 RU 2735881 C1 RU2735881 C1 RU 2735881C1 RU 2020116638 A RU2020116638 A RU 2020116638A RU 2020116638 A RU2020116638 A RU 2020116638A RU 2735881 C1 RU2735881 C1 RU 2735881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- air
- turbine
- compressor
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D25/00—Pumping installations or systems
- F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
Abstract
Description
Изобретение относится к газоперекачивающим агрегатам - ГПА с высокотемпературными газотурбинными двигателями в качестве приводов.The invention relates to gas pumping units - GPU with high-temperature gas turbine engines as drives.
Известен газоперекачивающий агрегат использующий один из наиболее эффективных методов повышения эффективности процесса сгорания и улучшения экологических характеристик является способ добавки в углеводородное топливо смеси водорода и монооксида углерода, которые могут получаться за счет реформирования природного газа в каталитическом реакторе генератора синтез-газа. (Цыбизов Ю.И., Елисеев Ю.С., Федорченко Д.Г. «Использование синтез-газа для обеспечения экологической безопасности ГТУ», Авиадвигатели XXI века, Москва, ЦИАМ. С. 461-462.2015 г.).Known gas pumping unit using one of the most effective methods to improve the efficiency of the combustion process and improve environmental performance is a method of adding a mixture of hydrogen and carbon monoxide to hydrocarbon fuel, which can be obtained by reforming natural gas in a catalytic reactor of a synthesis gas generator. (Tsybizov Yu.I., Eliseev Yu.S., Fedorchenko D.G. "The use of synthesis gas to ensure the environmental safety of GTU", Aircraft engines of the XXI century, Moscow, TsIAM. P. 461-462.2015).
Недостатки трудности с подогревом исходного сырья в каталитическом реакторе свыше 600°С.Disadvantages: Difficulty with heating the feedstock in a catalytic reactor above 600 ° C.
Известен газоперекачивающий агрегат по патенту РФ на изобретение №2708957, МПК F02C 3/00, опубл. 12.12.2019 г, прототип.Known gas-pumping unit for the RF patent for invention No. 2708957, IPC
Этот ГПА содержит газотурбинный двигатель, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй систему отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последовательно первый теплообменник, установленный в выхлопном устройстве, и второй теплообменник, установленный на корпусе камеры, и катализатор.This GPU contains a gas turbine engine, a fuel system and a syngas system, which contains a second gas sampling system and an air sampling system due to the compressor, an ejector-mixer, to which the outlets of the second gas sampling system and an air sampling system are connected, to the outlet of the ejector - of the mixer, the first heat exchanger installed in the exhaust device and the second heat exchanger installed on the chamber body and the catalyst are connected in series.
Недостаток: относительно невысокая эффективность синтез-газа как инициатора процесса горения из-за малого времени жизни радикалов, образующихся в катализаторе, заметно удаленного от форсунок.Disadvantage: the relatively low efficiency of synthesis gas as an initiator of the combustion process due to the short lifetime of the radicals formed in the catalyst, which is noticeably far from the nozzles.
Задачей создания изобретения является повышение экономичности газотурбинных двигателей с высокотемпературными турбинами.The objective of the invention is to improve the efficiency of gas turbine engines with high-temperature turbines.
Достигнутый технический результат: повышение экономичности газоперекачивающих агрегатов с высокотемпературными турбинами.Achieved technical result: increased efficiency of gas-pumping units with high-temperature turbines.
Решение указанной задачи достигнуто в газоперекачивающем агрегате, содержащем газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания и турбиной, свободную турбину и нагнетающий компрессор, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй систему отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последовательно первый теплообменник, установленный в выхлопном устройстве, и второй теплообменник, установленный на корпусе камеры и катализатор. При этом, катализатор установлен внутри вспомогательного топливного коллектора, который выполнен внутри форсуночной плиты или на ней, и дополнительными каналами сообщен с воздушными каналами форсуночной плиты.The solution to this problem has been achieved in a gas compressor unit containing a gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber and a turbine, a free turbine and an injection compressor, a fuel system and a synthesis gas system, which contains a second gas extraction system and an air extraction system due to the compressor, an ejector the mixer, to which the outlets of the second gas sampling system and the air sampling system are connected, the first heat exchanger installed in the exhaust device and the second heat exchanger installed on the chamber housing and the catalyst are connected in series to the outlet from the ejector-mixer. In this case, the catalyst is installed inside an auxiliary fuel manifold, which is made inside the nozzle plate or on it, and with additional channels communicated with the air channels of the nozzle plate.
В качестве газотурбинного двигателя может быть применен двухконтурный двигатель.A two-circuit engine can be used as a gas turbine engine.
Турбина привода может быть выполнена охлаждаемой и содержит системы охлаждения сопловых аппаратов и ротора с аппаратом закрутки и выполнена регулируемой.The drive turbine can be cooled and contains a cooling system for the nozzle apparatus and a rotor with a swirl apparatus and is adjustable.
Турбина привода может быть выполнена с возможностью регулирования радиального зазора.The drive turbine can be configured to adjust the radial clearance.
Устройство охлаждения турбины может содержать, установленный во втором контуре «воздухо-воздушный» теплообменник, входную полость перед аппаратом закрутки, разделенную на два одинаковых сектора, к входу каждого из которых подсоединены по одному подводящему трубопроводу с отсечным клапаном, который, проведен через сопловые лопатки блоков при помощи проходных втулок.The turbine cooling device may contain an "air-to-air" heat exchanger installed in the second circuit, an inlet cavity in front of the swirling apparatus, divided into two identical sectors, to the inlet of each of which a single supply pipeline with a shut-off valve is connected, which is led through the nozzle blades of the blocks using bushings.
Число сопловых лопаток в блоках может быть выполнено равным трем, полости сопловых лопаток разделены на две: переднюю и заднюю, проходные втулки установлены в средних сопловых лопаток блоков, а к выходу из аппарата закрутки подключен центробежный компрессор, размещенный между диском турбины и дефлектором,The number of nozzle blades in the blocks can be made equal to three, the cavities of the nozzle blades are divided into two: front and rear, the bushings are installed in the middle nozzle blades of the blocks, and a centrifugal compressor is connected to the outlet of the swirl apparatus, located between the turbine disk and the deflector,
В каждой рабочей лопатке может быть выполнено по две полости: передняя и задняя, при этом в переднюю полость выведены отверстия завесы охлаждения передней кромки рабочей лопатки.Each rotor blade can have two cavities: a front and a rear one, while the openings of the cooling curtain of the leading edge of the rotor blade are brought out into the front cavity.
«Воздухо-воздушный» теплообменник может быть установлен концентрично второму теплообменнику через тепловую изоляцию.An "air-to-air" heat exchanger can be installed concentrically with the second heat exchanger through thermal insulation.
Сущность изобретения представлена на чертежах фиг. 1…30, где:The essence of the invention is presented in the drawings. 1 ... 30, where:
- на фиг. 1 приведена схема газоперекачивающего агрегата,- in Fig. 1 shows a diagram of a gas pumping unit,
- на фиг. 2 приведена схема газоперекачивающего агрегата на базе двуконтурного ГТД,- in Fig. 2 shows a diagram of a gas pumping unit based on a two-circuit gas turbine engine,
- на фиг. 3 приведена схема камеры сгорания и турбины привода газотурбинной установки ГПА,- in Fig. 3 shows a diagram of a combustion chamber and a turbine of a gas turbine unit drive,
- на фиг. 4 приведена схема форсуночной плиты и главного топливного коллектора камеры сгорания ГТД,- in Fig. 4 shows a diagram of the nozzle plate and the main fuel manifold of the GTE combustion chamber,
- на фиг. 5 приведена форсуночная плита с форсунками,- in Fig. 5 shows a nozzle plate with nozzles,
- на фиг. 6 приведена схема подвода топлива к форсункам,- in Fig. 6 shows a diagram of the fuel supply to the injectors,
- на фиг. 7 приведена конструкция форсунки,- in Fig. 7 shows the design of the nozzle,
- на фиг. 8 приведен разрез А-А форсунки,- in Fig. 8 shows a section A-A of the nozzle,
- на фиг. 9 приведена форсуночная плита в разрезе,- in Fig. 9 shows the nozzle plate in section,
- на фиг. 10 приведен вид В на форсуночную плиту,- in Fig. 10 shows a view B of the nozzle plate,
- на фиг. 11 приведены графики времени жизни свободных радикалов,- in Fig. 11 shows graphs of the lifetime of free radicals,
- на фиг. 12 представлен пример конкретного выполнения устройства для охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбины высокого давления двухконтурного газотурбинного двигателя,- in Fig. 12 shows an example of a specific implementation of a device for cooling nozzle and rotor blades of a high-pressure turbine of a by-pass gas turbine engine,
- на фиг. 13 приведена схема подачи охлаждающего воздуха к аппарату закрутки,- in Fig. 13 shows a diagram of the cooling air supply to the swirling apparatus,
- на фиг. 14 приведена схема подвода охлаждающего воздуха через блоки соловых аппаратов, аппарат закрутки и центробежный компрессор,- in Fig. 14 shows a diagram of the supply of cooling air through the blocks of salt apparatus, a swirl apparatus and a centrifugal compressor,
- на фиг. 15 приведена схема подвода охлаждающего воздуха из секций в аппарат закрутки,- in Fig. 15 shows a diagram of the supply of cooling air from the sections to the swirling apparatus,
- на фиг. 16 приведена схема охлаждения турбины, частичное отключение воздуха,- in Fig. 16 shows the turbine cooling scheme, partial air cut-off,
- на фиг. 17 приведен детальный чертеж турбины привода,- in Fig. 17 is a detailed drawing of the drive turbine,
- на фиг. 18 приведен блок сопловых лопаток вид слева,- in Fig. 18 shows a block of nozzle blades left side view,
- на фиг. 19 приведен вид С на блок сопловых лопаток,- in Fig. 19 shows a view C of the block of nozzle blades,
- на фиг. 20 приведен разрез D-D сопловой лопатки,- in Fig. 20 shows a D-D section of a nozzle blade,
- на фиг. 21 приведен разрез Е-Е сопловой лопатки,- in Fig. 21 shows a section E-E of a nozzle blade,
- на фиг. 22 приведена рабочая лопатка турбины, первый вариант,- in Fig. 22 shows the turbine rotor blade, the first version,
- на фиг. 23 приведена рабочая лопатка турбины, второй вариант,- in Fig. 23 shows the turbine rotor blade, the second version,
- на фиг. 24 приведена конструкция центробежного компрессора, разрез F-F на фиг. 17, первый вариант,- in Fig. 24 shows the design of a centrifugal compressor, section F-F in FIG. 17, first option,
- на фиг. 25 приведена конструкция центробежного компрессора, разрез F-F, второй вариант,- in Fig. 25 shows the design of a centrifugal compressor, section F-F, the second option,
- на фиг. 26 приведен фрагмент чертежа рабочего колеса,- in Fig. 26 shows a fragment of the drawing of the impeller,
- на фиг. 27 приведен вид G на фиг. 26,- in Fig. 27 is a view of G in FIG. 26,
- на фиг. 28 приведен чертеж компоновки сектора и подводящего трубопровода, разрез Н-Н,- in Fig. 28 shows a drawing of the sector layout and the supply pipeline, section H-H,
- на фиг. 29 приведены второй теплообменник и «воздухо-воздушный» теплообменник, установленные на корпусе камеры сгорания,- in Fig. 29 shows the second heat exchanger and the "air-to-air" heat exchanger installed on the combustion chamber housing,
- на фиг. 30 приведен разрез I-I на фиг. 29.- in Fig. 30 shows a section I-I in FIG. 29.
Перечень обозначений, принятых в описании:List of designations used in the description:
1. блок управления 1,1.
2. линия измерения 2,2.
3. контроллер измерения 3,3.
4. датчики 4,4.
5. линия управления 5,5.
6. контроллер управления 6,6.
7. исполнительные механизмы 7,7.
8. газотурбинный двигатель 8,8.
9. воздухоочистительное устройство 9,9.
10. выхлопное устройство 10,10.
11. свободная турбина 11,11.
12. вал компрессора 12.
13. нагнетающий компрессор 13,
14. входная газовая труба 14,14.
15. выходная газовая труба 15.15.
16. воздушный тракт 16,
17. воздухозаборник 17,
18. компрессор 18,18.
19. полость 19.19.
20. турбина привода 20,
21. газовый тракт 21,21.
22. камера сгорания 22,22.
23. корпус камеры 23,23.
24. жаровая труба 24,24.
25. форсуночная плита 25,
26. топливо-воздушная форсунка 26,26. fuel-
27. главный топливный коллектор 27,27.
28. топливные каналы 28,28.
29. вспомогательный топливный коллектор 29,29.
30. вспомогательный топливный канал 30,30.
31. топливопровод 31,31.
32. регулятор расхода 32,32.
33. клапан 33,33.
34. система синтез-газа 34,34
35. вторая система отбора газа 35,35 second
36. отсечной клапан 36,36. shut-off
37. система отбора воздуха 37,37.
38.эжектор-смеситель 38.38. ejector-
39. первый теплообменник 39,39.
40. второй теплообменник 40,40.
41. катализатор 41,41.
42. канал синтез-газа 42,42.
43. трубопровод охлаждающего воздуха 43,43. cooling
44. воздухо-воздушный теплообменник 44,44. air-to-
45. теплоизоляция 45,45
46. второй контур 46.46
47. корпус двигателя 47,47.
48. воздушный коллектор 48,48.
49. сопловая лопатка 49,
50. внешний воздушный канал 50,50.
51. внутренний воздушный канал 51,51.
52. первая воздушная магистраль 52,52.
53. первый воздушный клапан 53,53.
54. вторая воздушная магистраль 54,54
55. второй воздушный клапан 55,55
56. выходное отверстие 56,56.
57. первый внутренний канал 57,57.first
58. второй внутренний канал 58,58.Second
59. внутренняя воздушная полость 59,59.
60. сектора 60,60.
61. перегородки 61,61.
62. осевой зазор 62,62.
63. аппарат закрутки 63,63.
64. статор 64,64.
65. воздушные каналы 65,65.
66. рабочее колесо 66,66.
67. внутренняя полость 67,67.
68. рабочая лопатка 68,68.
69. дефлектор 68,
70. центробежный компрессор 70,70.
71. лопасть 71,
72. входной участок 72,72.
73. входная кромка соплового аппарата 73,73. inlet edge of the
74. отверстия тепловой завесы 74,74.heat curtain holes 74,
75. проточная часть турбины 75,75.
76. блок 76,76.
77. большой бандаж 77,77.
78. малый бандажи 78,78.
79. диагональная перегородка 79,79.
80. передняя полость 80,80.the
81. задняя полость 81,81.the
82. внешние отверстия 82,82.
83. внутренние отверстия 83,83.
84. передний дефлектор 84,84.
85. задний дефлектор 85,85.back
86. вихревая матрица 86,
87. выходная кромка 87,87 trailing
88. выходная щель 88,88 exit slit 88,
89. обтекаемые лопатки 89,89.
90. внешнее уплотнение 90,90.
91. внутреннее уплотнение 91,91.
92. ступица 92,92.
93. входная кромка рабочей лопатки 93,93. leading edge of the
94. отверстия завесы охлаждения 94,94. cooling curtain holes 94,
95. бандажная полка 95,
96. уплотнение 96,96. seal 96,
97. выходная кромка 97,97. trailing
98. выходная щель 98,98.exit slit 98,
99. вал двигателя 99,99.
100. второй вал двигателя 100,100.
101. замок 101,101.
102. перегородка 102,
103. передний канал 103,103.
104. задний канал 104,104.Back
105. диффузор 105,105.
106. перегородки 106,
107. внутренняя стенка 107,107.inner wall 107,
108. внешняя стенка 108,108. outer wall 108,
109. зазор 109.109. gap 109.
110. датчик измерения радиальных зазоров 110,110. sensor for measuring
111. оребрение второго теплообменника 111,111. fins of the
112. оребрение воздухо-воздушного теплообменника 112.112. air-to-air
α0 - угол установки обтекаемых лопаток,α 0 - angle of installation of streamlined blades,
α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,
β0 - угол установки входной кромки лопасти,β 0 - angle of installation of the leading edge of the blade,
U - скорость вращения диска,U - disk rotation speed,
V - общая скорость истечения охлаждающего воздуха,V is the total speed of the cooling air flow,
V0 - осевая составляющая скорости истечения воздуха,V 0 - axial component of the air outflow velocity,
Vu - окружная составляющая скорости истечения воздуха,V u - the circumferential component of the air outflow velocity,
Предложенный газоперекачивающий агрегат - ГПА на базе одноконтурного газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит блок управления 1, линии измерения 2, соединяющие его с контроллером измерения 3 и датчиками 4, линию управления 5, соединяющую его с контроллером управления 6, который соединен с исполнительными механизмами 7,The proposed gas pumping unit - GPA based on a single-circuit gas turbine engine (Fig. 1) contains a
ГПА содержит газотурбинный двигатель 8, воздухоочистительное устройство 9, выхлопное устройство 10, свободную турбину 11, вал компрессора 12. нагнетающий компрессор 13, входную газовую трубу 14, соединенную с входом в нагнетающий компрессор 13 и выходную газовую трубу 15. соединенную с выходом нагнетающего компрессора 13.The GPU contains a
Газотурбинный двигатель 8 содержит воздушный тракт 16, воздухозаборник 17, компрессор 18, полость 19 за ним, турбину, привода 20, газовый тракт 21, камеру сгорания 22.The
Камера сгорания 22 содержит корпус камеры 23, жаровую трубу 24, форсуночную плиту 25 с установленными на ней топливо-воздушными форсунками 26, главный топливный коллектор 27, соединенный топливными каналами 28 с топливо-воздушными форсунками 26, Внутри форсуночной плиты 25 или на ней установлен вспомогательный топливный коллектор 29 для подвода к нему синтез-газа.The
Форсуночная плита 25 содержит дополнительные топливные каналы 30 для подвода синетез-газа в топливо-воздушные форсунки 26 и смешения его с воздухом (фиг. 1, 2, 8 и 9).The
Газотурбинный двигатель 8 содержит топливопровод 31, регулятор расхода 32 и клапан 33 для подачи топлива.The
Кроме того, он содержит систему синтез-га 34, которая содержит вторую систему отбора газа 35 с вторым отсечным клапаном 36 и систему отбора воздуха 37 из-за компрессора 18, эжектор-смеситель 38, к которому присоединены выходы второй системы отбора газа 35 и система отбора воздуха 37. К выходу из эжектора-смесителя 38 присоединены последовательно первый теплообменник 39, установленный выхлопном устройстве 10 и второй теплообменник 40, установленный на корпусе камеры 23 и катализатор 41, Катализатор 41 установлен внутри вспомогательного топливного коллектора 29, выполненного на внешнем торце форсуночной плиты 25, т.е. максимально близко к топливо-воздушным форсункам 26. (фиг. 2 и 3) и соединен с вторым теплообменником 40 каналом синтез-газа 42.In addition, it contains a
Установка катализатора 41 внутри вспомогательного топливного коллектора 29, выполненного внутри или нафорсуночной плиты 25, т.е. максимально близко к топливо-воздушным форсункам 26. способствует сохранению радикалов синтез-газа 42.The installation of the
Это необходимо потому, что время сохранения почти всех радикалов около 30 наносек (фиг. 11). При скорости движения синтез-газа 100 м/с почти все радикалы рекомбинируют после прохождения 3 см.This is necessary because the retention time of almost all radicals is about 30 nanoseconds (Fig. 11). At a synthesis gas velocity of 100 m / s, almost all radicals recombine after passing 3 cm.
Газотурбинный двигатель 8 (фиг. 2…4) целесообразно выполнить высокотемпературным, двухконтурным и с кольцевой многофорсуночной камерой сгорания 22 и с охлаждаемой первой турбиной привода 20.The gas turbine engine 8 (Fig. 2 ... 4) is expediently performed as a high-temperature, double-circuit and with an annular
Турбина привода 20 содержит трубопровод охлаждающего воздуха 43, воздухо-воздушный теплообменник 44, входящий в систему охлаждения турбины привода 20 и установленные на втором теплообменнике 40 через теплоизоляционную прокладку 41 во втором контуре 46 под корпусом двигателя 47.The
В систему охлаждения входят воздушный коллектор 48 над сопловыми лопатками 49 турбины привода 20.The cooling system includes an
Камера сгорания 22 содержит внешний воздушный канал 50 и внутренний воздушный канал 51, выполненные над и под жаровой трубой 24. (фиг. 3 и 4).The
Система охлаждения камеры сгорании турбины привода 20 содержит первую воздушную магистраль 52, первый воздушный клапан 53, вторую воздушную магистраль 54, второй воздушный клапан 55.The cooling system of the combustion chamber of the turbine of the
Во всех, или в части сопловых лопаток 49 установлены проходные втулки 56 для подвода охлаждающего воздуха через сопловые лопатки 49 к ротору турбины привода 20 (фиг. 3).In all, or in part of the
Для охлаждения ротора турбины привода 20 выполнены первый внутренний канал 57 и второй внутренний канал 58, внутренняя воздушная полость 59, разделенная на сектора 60 перегородками 61. осевой зазор 62, аппарат закрутки 63, закрепленный на статоре 64.To cool the rotor of the turbine of the
Топливопитание камеры сгорания 20 ГПА осуществляется газом, перекачиваемым самим турбонасосным агрегатом.Fuel supply to the combustion chamber of 20 GPU is carried out with gas pumped by the turbopump unit itself.
Основной особенностью предложенного ГПА является наличие катализатора 41, уложенного во вспомогательном топливном коллекторе 29 на внешнем торце форсуночной плиты 25, максимально близко к форсункам 26 для сохранения активности радикалов, (фиг. 3, 4 и 11).The main feature of the proposed GPU is the presence of a
Для значительного повышения температуры газа перед турбиной привода с целью создания экономичного газотурбинного двигателя 8 применена эффективная система охлаждения турбины привода 20 (фиг. 16 и 17), содержащая системы охлаждения сопловых лопаток и ротора турбины привода 20.To significantly increase the temperature of the gas in front of the drive turbine in order to create an economical
Для этого применены воздушные каналы 65, выполненные в рабочем колесо 66, внутренняя полость 67, рабочая лопатка 68, дефлектор 69, центробежный компрессор 70, лопасть 71, входной участок 72. Сопловые лопатки 49 содержат входную кромку соплового аппарата 73, отверстия тепловой завесы 74, проточная часть турбины 75For this,
Сопловые лопатки 49 объединены в блоки 76 (фиг. 18…21) и имеют большой бандаж 77, малый бандажи 78, диагональную перегородку 79, переднюю полость 80, заднюю полость 81, внешние и внутренние отверстия 82 и 83 (фиг. 20) для охлаждения блоков 76 соловых лопаток 49.The
Внешние отверстия 82 соединяют внешний воздушный канал 50 с полостью сопловых лопаток 49, в а внутренние отверстия 83 соединяют внутренний воздушный канал 51 с полостью сопловых лопаток 49.
Для значительного улучшения охлаждения сопловых лопаток 49 в них установлены передний дефлектор 84, задний дефлектор 85, выполнена вихревая матрица 86, а в выходной кромке 87 выполнена выходная щель 88 (фиг. 18…21).To significantly improve the cooling of the
Аппарат закрутки 63 (фиг. 12 и 13) содержит обтекаемые лопатки 89, внешнее уплотнение 90, внутреннее уплотнение 91.The swirl apparatus 63 (FIGS. 12 and 13) contains
Турбина привода 20 (фиг. 12) содержит, установленные на ступице 92 рабочего колеса 66 рабочие лопатки 68. Рабочие лопатки 69 содержат входные кромки рабочей лопатки 93, отверстия завесы охлаждения 94, бандажная полка 95, уплотнение 96, выходную кромку 97 и выходную щель 98.The drive turbine 20 (Fig. 12) contains
ГТД 8 (фиг. 1) имеет вал двигателя 99, (возможно применение второго вала 100 фиг. 2), замок 101, перегородку 102, передний канал 103, задний канал 104, диффузор 105, перегородки 106, внутреннюю стенку 107, внешнюю стенку 108, датчик измерения радиального зазора 110.GTE 8 (Fig. 1) has an
Наличие датчика измерения радиального зазора 110 позволяет контролировать и управлять величиной радиально зазора в турбине привода 20.The presence of a sensor for measuring the
Особенностью устройства охлаждения ротора турбины является то, что (фиг. 13), входная полость 59 перегородками 61 разделена на одинаковые по размеру сектора 60, обслуживающие по несколько обтекаемых лопаток 89 аппарата закрутки 63 (фиг. 13).A feature of the turbine rotor cooling device is that (Fig. 13), the
Рекомендуемое количество обтекаемых лопаток 89 на один сектор 60:Recommended number of
n=3…7.n = 3 ... 7.
К входам в каждый сектор 60 присоединены первый и второй внутренние воздушные каналы 53 и 54 (фиг. 1 и 13…17). Применение такой схемы обосновано необходимостью поддержания без изменений треугольников скоростей истечения охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 23 при изменении его расхода в 2…4 раза Аппарат закрутки 63 содержит, как упоминалось ранее, обтекаемые лопатки 89 и уплотнен внешним и внутренним уплотнениями 90 и 91 (фиг. 3).The first and second
Рабочее колесо 66 содержит ступицу 92, к которой присоединен вал двигателя 99 (фиг. 1).The
На фиг. 22 приведен первый вариант рабочей лопатки 68. Она содержит входную кромку рабочей лопатки 57, отверстия завесы охлаждения 58, бандажную полку 59, уплотнение 60, выходную кромку 61, выходную щель 62. Рабочая лопатка 68 имеет замок 101.FIG. 22 shows the first version of the
На фиг. 23 приведен второй вариант рабочей лопатки 68. Она дополнительно содержит перегородку 104, а ее внутреннюю полость 67 разделена перегородкой 104 на передний канал 105 и задний канал 196.FIG. 23 shows the second version of the
На фиг. 24 приведена конструкция центробежного компрессора 70, первый вариант, центробежный компрессор 70 содержит лопасти 71 радиальной формы с входными участками 72 изогнутой в двух плоскостях формы для уменьшения потерь давления охлаждающего воздуха при входе в центробежный компрессор 70.FIG. 24 shows the design of a
На фиг. 25 приведена конструкция центробежного компрессора, второй вариант, центробежный компрессор 70 содержит лопасти 71 криволинейной формы также с входными участками 72 изогнутой формы.FIG. 25 shows the design of a centrifugal compressor, the second version, the
На фиг. 26 приведен фрагмент чертежа рабочего колеса 66, оно содержит под дефлектором 69 лопасти 71 с входными участками 72, которые выполнены изогнутыми.FIG. 26 shows a fragment of the drawing of the
На фиг. 27 приведен вид А, видны входные участки 72 изогнутой формы, а на фиг. 18 - приведен чертеж компоновки сектора 62 и трубопровода охлаждающего воздуха 45. Видно, что входные участки 72 выполнены под углом α0=β0, где:FIG. 27 shows a view A, the
α0 - угол установки обтекаемых лопаток 53,α 0 - installation angle of
α0 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 63,α 0 - angle of outflow of cooling air from the
β0 - угол установки входного участка 72 лопасти 71.β 0 - angle of installation of the
В расчетах принято α0=α0.In the calculations, it is assumed that α 0 = α 0 .
При правильно спроектрированной системе охлаждения турбины практически на всех основных режимах соблюдается условие;With a properly designed turbine cooling system, the condition is met in almost all basic modes;
Cu-U,Cu-U,
т.е. окружная скорость вращения диска равна окружной составляющей скорости истечения воздуха практически во всем диапазоне работы ГПА.those. the circumferential speed of rotation of the disk is equal to the circumferential component of the speed of air outflow practically in the entire range of the GPU.
На фиг. 29 приведен диффузор 67, имеющий внутри перегородки 68 в системе охлаждения турбины привода 20 и регулирования радиальных зазоров для уменьшения потери давления охлаждающего воздуха от внезапного расширения воздуха при входе во внутреннюю воздушную полость 61 через диффузор 105 с большим углом диффузорности, имеющий перегородки 106, уменьшающие диффузорность и исключающие отрыв потока от стенок диффузора 105.FIG. 29 shows a
На фиг. 30 приведена конструкция «воздухо-воздушного» теплообменника 44.FIG. 30 shows the design of the "air-to-air"
РАБОТА ГПАGPA WORK
Работа газоперекачивающего агрегата (фиг. 1 и 2) осуществляют следующим образом:The operation of the gas compressor unit (Fig. 1 and 2) is as follows:
При работе газоперекачивающего агрегата (фиг. 1…30) осуществляют его запуск путем подачи электроэнергии на стартер от внешнего источника энергии (на фиг. 1…30 стартер не показан). Потом открывают клапан 33 (фиг. 1) и топливный газ из выходной газовой трубы 15 по топливопроводу 31 через регулятор расхода 32 подается в главный топливный коллектор 37 и далее в топливо-воздушные форсунки 26 камеры сгорания 22, где смешивается с воздухом, нагнетаемым компрессором 18.When the gas compressor unit is in operation (Fig. 1 ... 30), it is started by supplying electricity to the starter from an external energy source (in Fig. 1 ... 30, the starter is not shown). Then the
Воздух, необходимый для горения из атмосферы поступает через воздухоочистительное устройство 9 в воздушный тракт 16, далее - в компрессор 18 в полость 19 и в камеру сгорания 22 для использования при горении.The air required for combustion from the atmosphere enters through the
Продукта сгорания из камеры сгорания.22 выходят в турбину 20 и далее через газовый тракт 21 в свободную турбину 11 которая через вал компрессора 12 приводит в действие нагнетающий компрессор 13 для перекачки газа.The combustion product from the
Одновременно небольшой расход газа отбирают из выходной газовой трубы 15 для системы синтез-газа 34 через вторую систему отбора газа 35 и отсечной клапан 36. Для подачи в инжектрор-смеситель 38, где смешивают с воздухом. Воздух высокого давления отбирается из полости 19 по системе отбора воздуха 37. Смесь воздуха с газом подогревают сначала до 450°С…500°С в первом теплообменнике 39, установленном в выхлопном устройстве 10. Далее смесь воздуха с газом дополнительно подогревают во втором теплообменнике 40. Второй теплообменник 40 устанавливают на корпусе камеры 23. Для современных ГТД возможно подогреть смесь воздуха с газом до 600…800°С необходимых для создания синтез-газа, т.е. смеси, содержащей радикалы. Для большей эффективности синтез-газ пропускают через катализатор 41, установленный во вспомогательном топливном коллекторе 29.At the same time, a small gas flow rate is taken from the
Вспомогательный топливный коллектор 29 установлен внутри или на форсуночной плите 29 (фиг. 3…10), т.е. максимально близко к толпливо-воздушным форсункам 26. Это необходимо для того, чтобы сохранить свободные радикалы (имеющие малое время жизни) до входа в жаровую трубу 24 (фиг. 11).The
Наличие большого числа радикалов, являющихся инициаторами горения обеспечивает повышение полноты сгорания и уменьшение миссии вредных веществ.The presence of a large number of radicals that initiate combustion provides an increase in combustion efficiency and a decrease in the mission of harmful substances.
В схемах с применением двухконтурного. газотурбинного двигателя 8 (фиг. 2) возможно применение «воздухо-воздушного» теплообменника 44 для снижения температуры охлаждающего воздуха на 200…300°С.In circuits using double-circuit. gas turbine engine 8 (Fig. 2) it is possible to use an "air-to-air"
В качестве охлаждающего воздуха используют воздух высокого давления (до 30…40 кгс/см2). отбираемый из полости 19 за компрессором 18. Этот воздух имеет температуру 450°…500°С и его целесообразно-охладить.High pressure air (up to 30 ... 40 kgf / cm 2 ) is used as cooling air. taken from the
Вход воздухо-воздушного теплообменника 44 соединен с полостью 19. а выход соединен с воздушным коллектором 48, установленным над сопловыми лопатками 49 (фиг. 3)The inlet of the air-to-
Далее, воздух через первую и вторую воздушные магистрали 52 и 54 и воздушные клапаны 53 и 55 через проходные втулки 56 поступает в первый и второй внутренние каналы 57 и 58 и через внутреннюю воздушную полость 59 в аппарат закрутки 63.Further, air through the first and
Из аппарата закрутки 63 безударно входит в центробежный компрессор 70 и через воздушные каналы 65 во внутренние полости 67 рабочих лопаток 68 для их охлаждения..From the
Воздушные каналы 65 соединены с внутренними полостями 67 рабочих лопаток 68, входящих в состав рабочего колеса 66.
Центробежный компрессор 70 предназначен для увеличения давления охлаждающего воздуха, что важно при завесном охлаждении. Центробежный компрессор 70 содержит лопасти 71 с входными участками 72, установленными под углом β к оси ОО турбины (фиг. 28).The
На водных входных кромках 73 рабочих лопаток 68 выполнены отверстия тепловой завесы 74 для сообщения с проточной частью турбины 35 (фиг. 1).On the water inlet edges 73 of the
На всех режимах охлаждение сопловых лопаток 49 обеспечивается воздухом из внешнего и внутреннего воздушных каналов, 50 и 51 через внешнее и внутреннее отверстия 82 и 83 камеры сгорания 22 (фиг. 12).In all modes, the cooling of the
Подачу охлаждающего воздуха для охлаждения турбины привода 20 в варианте ГПА (фиг. 2) осуществляют следующим образом.The supply of cooling air for cooling the
При снижении оборотов двигателя и температуры газа перед турбиной по команде с блока управления 1 по электрическим связям 2 (фиг. 1) уменьшают расход охлаждающего воздуха путем закрытия части отсечных клапанов 53 или 55 (фиг. 15). Таким образом, расход охлаждающего воздуха в передний и задний каналы 102 и 103 рабочих лопаток 68 падает, но увеличивается в тракте камеры сгорания 22, тем самым, увеличивая массу рабочего тела в турбине. Для сохранения режима работы двигателя снижают подачу топлива в камеру сгорания 22, что снижает температуру газа перед турбиной и уменьшает удельный расход топлива двигателя, т.е. улучшает экономичность.With a decrease in engine speed and gas temperature in front of the turbine, on command from the
Датчики измерения радиальных зазоров 110 (фиг. 1) постоянно контролируют и передают в блок управления 1 (бортовой компьютер) величину радиального зазора в турбине и при его увеличении выше допустимого значения (обычно при дросселировании режима работы двигателя) из-за того, что ротор турбины двигателя имеет большую тепловую инерцию, чем статор турбиныSensors for measuring radial clearances 110 (Fig. 1) constantly monitor and transmit to the control unit 1 (on-board computer) the value of the radial clearance in the turbine and when it increases above the permissible value (usually when throttling the engine operation mode) due to the fact that the turbine rotor the motor has a higher thermal inertia than the turbine stator
Применение для каждого сектора 60 своего отсечного клапана 53 и 55 позволяет на пониженных режимах работы двигателя уменьшить в 2 раза расход охлаждающего воздуха, без снижения его давления и без изменения треугольников скоростей истечения охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 63 (фиг. 15 и 28).The use of its own shut-off
На фиг. 15 приведена работа системы охлаждения при отключенном клапане 53.FIG. 15 shows the operation of the cooling system when
На фиг. 28 приведены треугольники скоростей для предложенной системы охлаждения турбины, где:FIG. 28 shows the speed triangles for the proposed turbine cooling system, where:
U - скорость вращения диска,U - disk rotation speed,
V - общая скорость истечения охлаждающего воздуха,V is the total speed of the cooling air flow,
V0 - осевая составляющая скорости истечения воздуха,V 0 - axial component of the air outflow velocity,
Vu - окружная составляющая скорости истечения воздуха,V u - the circumferential component of the air outflow velocity,
α0 - угол установки обтекаемых лопаток 88 аппарата закрутки 63,α 0 - angle of installation of
α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 63,α 1 - the angle of outflow of the cooling air flow from the
β0 - угол установки входного участка 72 лопасти 71 центробежного компрессора 70.β 0 - angle of installation of the
Учитывая, что приблизительно:Considering that approximately:
α1=α0,α 1 = α 0 ,
предложено на максимальном режиме работы двигателя обеспечить равенство углов:it is proposed to ensure equality of angles at maximum engine operation:
α1=β0,α 1 = β 0 ,
где: α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,where: α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,
β0 - угол установки входной кромки лопасти, а на других режимах обеспечить максимально близкие значения углов α1 и β0.β0 - the angle of installation of the leading edge of the blade, and in other modes provide the closest possible values of the angles α1 and β0...
Эти мероприятия обеспечат безударный вход охлаждающего воздуха в центробежный компрессор 70 и уменьшит потери давления воздуха в системе охлаждения турбины привода.These measures will provide a shockless entry of cooling air into the
Применение второго 40 и воздухо-воздушного 44 теплообменников, совмещенных с корпусом камеры сгорания 23 позволит повысить прочность корпуса камеры 23 уменьшить загромождение второго контура 46 и тем самым улучшить его экономичность и повысить надежность двигателя исключив поломку «воздухо-воздушного» теплообменника 44 из-за разрушения его стенок или трубок от вибрации.The use of the second 40 and air-to-
Применение блоков 76 сопловых лопаток 49 в количестве по 3 шт в каждом позволит использовать среднюю сопловую лопатку 49 каждого блока 76 для проведения через него проходных втулок 56 к аппарату закрутки 63.The use of
Таким образом, изобретение позволяет, с одной стороны, обеспечить надежность и заданный ресурс работы двигателя, а, с другой стороны, высокую экономичность в конструкциях высокотемпературных турбин в широком диапазоне регулирования по мощности (оборотам) газотурбинного двигателя.Thus, the invention allows, on the one hand, to ensure the reliability and specified service life of the engine, and, on the other hand, high efficiency in the designs of high-temperature turbines in a wide range of power (revolutions) control of the gas turbine engine.
Система охлаждения применима для первых ступеней турбин современных высокотемпературных авиационных и судовых газотурбинных двигателей.The cooling system is applicable for the first stages of turbines of modern high-temperature aircraft and marine gas turbine engines.
Применение изобретения позволило:Application of the invention allowed:
1. Повысить экономичность газоперекачивающего агрегата за счет более полного сгорания углеводородного топлива, что достигнуто применением двух теплообменников для подогрева синтез-газа и размещения катализатора во вспомогательном топливном коллекторе максимально приближенном к топливо-воздушным форсункам.1. To increase the efficiency of the gas pumping unit due to more complete combustion of hydrocarbon fuel, which is achieved by using two heat exchangers for heating the synthesis gas and placing the catalyst in the auxiliary fuel manifold as close as possible to the fuel-air injectors.
2. Уменьшить выхлоп в атмосферу вредных веществ, углерода - С и окислов углерода - СО и окислов азота за счет повышения полноты сгорания топливного газа..2. To reduce the emission of harmful substances into the atmosphere, carbon - C and carbon oxides - CO and nitrogen oxides by increasing the completeness of combustion of fuel gas.
3. Обеспечить работоспособность ГПА при эксплуатации на больших высотах (в высокогорных районах) за счет применения ионизированного воздуха или озона.3. Ensure the operability of the GPU during operation at high altitudes (in high mountain areas) through the use of ionized air or ozone.
4. На максимальных режимах повысить степень сжатия компрессора газотурбинного двигателя за счет реализации более полного сгорания топлива и повышения мощности основной и свободной турбин.4. At maximum modes, increase the compression ratio of the gas turbine engine compressor due to the implementation of more complete fuel combustion and increasing the power of the main and free turbines.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116638A RU2735881C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Gas transfer unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116638A RU2735881C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Gas transfer unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2735881C1 true RU2735881C1 (en) | 2020-11-09 |
Family
ID=73398331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020116638A RU2735881C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Gas transfer unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2735881C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773994C1 (en) * | 2021-08-13 | 2022-06-14 | Николай Борисович Болотин | Gas pumping unit |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2273741C1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" | Gas-steam plant |
RU155146U1 (en) * | 2014-11-18 | 2015-09-20 | Валерий Дмитриевич Дудышев | GAS PUMPING UNIT |
RU2708957C1 (en) * | 2019-01-17 | 2019-12-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Gas-turbine unit of gas transfer unit |
-
2020
- 2020-05-12 RU RU2020116638A patent/RU2735881C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2273741C1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" | Gas-steam plant |
RU155146U1 (en) * | 2014-11-18 | 2015-09-20 | Валерий Дмитриевич Дудышев | GAS PUMPING UNIT |
RU2708957C1 (en) * | 2019-01-17 | 2019-12-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Gas-turbine unit of gas transfer unit |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2773994C1 (en) * | 2021-08-13 | 2022-06-14 | Николай Борисович Болотин | Gas pumping unit |
RU2773995C1 (en) * | 2021-08-20 | 2022-06-14 | Николай Борисович Болотин | Gas pumping unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3318743B1 (en) | Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine | |
RU2462600C2 (en) | Turbine design and method to cool band installed near turbine blade edge | |
US8307662B2 (en) | Gas turbine engine temperature modulated cooling flow | |
US5680767A (en) | Regenerative combustor cooling in a gas turbine engine | |
UA80962C2 (en) | Heat exchanger on a turbine cooling circuit | |
EP1444417A1 (en) | High pressure turbine blade cooling scoop | |
EP3318742B1 (en) | Intercooled cooling air heat exchanger arrangement | |
CN103703218A (en) | Apparatus and method for reducing air mass flow for extended range low emissions combustion for single shaft gas turbines | |
RU2735040C1 (en) | Gas transfer unit | |
US2543864A (en) | Jet propulsion unit with rotatab combustion chamber | |
RU2733681C1 (en) | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation | |
RU2735881C1 (en) | Gas transfer unit | |
US10738703B2 (en) | Intercooled cooling air with combined features | |
US3782111A (en) | Method and apparatus for generating waste gases | |
RU2730558C1 (en) | Double-flow turbine jet engine | |
RU2376483C1 (en) | Nuclear gas turbine engine with afterburning | |
RU2362034C2 (en) | Pulse gas-turbine engine (versions) | |
RU2758172C1 (en) | Gas pumping unit | |
US11815015B2 (en) | Gas turbine system and moving body including the same | |
RU2773995C1 (en) | Gas pumping unit | |
RU2764940C1 (en) | Gas pumping unit | |
RU2803681C1 (en) | Birotating bypass gas turbine engine | |
RU2733641C1 (en) | Aircraft gas turbine power plant | |
RU2785168C1 (en) | Gas pumping unit | |
GB2564689A (en) | Turbine mounted pump for EGR |